《热力发电厂》热力发电厂原则性热力系统

3.1 热力系统及主设备选择原则 2 热力发电厂原则性热力系统的组成
热力发电厂原则性热力系统是在机组回热原则性热 力系统的基础上，加上辅助原则性热力系统所组成。
特点：简捷、清晰，无相同或备用设备 应用：决定系统组成、发电厂的热经济性
G 哈汽1000MW超超临界机组原则性热力系统图
3.1 热力系统及主设备选择原则
➢ 对于装有中间再热供热式机组的发电厂，其对外供热能力的选择: 应与同一热网其他热源能力一并考虑； 当一台容量最大的蒸汽锅炉停用时，其余锅炉的对外供汽能力若不 能满足要求时，则不足部分依靠同一热网的其他热源解决。
思考及作业题
1. 比较分析发电厂原则性热力系统、全面性热力系统的异同。 2. 分析说明热力发电厂锅炉、汽轮机选择的原则？ 3. 分析说明过热蒸汽管道、再热蒸汽管道设计压损的大小异同？ 并分析说明为何可这样来进行处理。
3 热力发电厂主要热力设备选择原则
汽轮机组 汽轮机组的选择需要确定的项目： 1）汽轮机单机容量 — 单台汽轮机的额定电功率 2）汽轮机种类 3）汽轮机参数 — 主蒸汽参数、再热蒸汽参数和背压 4）汽轮机台数
1）汽轮机单机容量
汽轮机单机容量 — 单台汽轮机的额定电功率。 ✓ 单机容量应选择大一些。但是，当单机容量超过
B 提高蒸汽初参数对热经济性的影响
T一定，p0对ηri的影响？
✓当初温不变时，初压提高， 容量大的汽轮机相对内效率 下降的慢些。这主要是因为 其蒸汽容积流量较大，汽轮 机高压级叶片的高度和汽轮 机的部分进气度大。
C 提高蒸汽初参数受到的限制
（1）提高蒸汽初温度 ✓ 提高蒸汽初温度受热力设备材料强度的限制。
3）锅炉容量与台数
➢ 对于中间再热机组，通常采用单元制，宜一机配一炉。 锅炉的最大连续蒸发量宜与汽轮机调节阀全开时的进汽量相匹配。
➢对于装有非中间再热供热式机组且主蒸汽采用母管制系统的发电厂， 当一台容量最大的蒸汽锅炉停用时，其余锅炉（包括可利用的其他可靠 热源）应满足：
（1）热力用户连续生产所需的生产用汽量； （2）冬季采暖、通风和生活用热量的60％～75％，严寒地区取上限； 此时，可降低部分发电出力。
3.1 热力系统及主设备选择原则
1 热力系统概念及分类
1）热力系统与热力系统图 热力系统是火电厂实现热功转换的热力部分工艺系统。 根据热力循环的特征，以安全和经济为原则，通过热力 管道及阀门将汽轮机本体与锅炉本体、辅助热力设备有 机地连接起来，在各种工况下能安全、经济、连续地将 燃料的能量转换成机械能最终转变为电能，从而有机地 组成了发电厂的热力系统。 用特定的符号、线条等将热力系统绘制成图，称为热 力系统图。
B 提高蒸汽初参数对热经济性的影响
（1）提高蒸汽初温度 热量法：
① ηi=ηtηri ② 提高to，ηt上升
ri
hi ht
Wi Wa
t
w q1
1 T1 T0
③ 提高to，ηri上升：漏汽损失、湿汽损失
总效果to上升，ηi上升
B 提高蒸汽初参数对热经济性的影响
3）汽轮机参数 — 主蒸汽参数、再热蒸汽参数和背压
汽轮机参数包括主蒸汽参数、再热蒸汽参数和背压 (后面章节将详细分析)。
4）汽轮机台数
➢ 对于单机容量较大的发电厂，机组台数不宜超过六 台，机组容量等级不宜超过两种。
➢ 同容量机、炉宜采用同一型式或改进型式，其配套 设备的型式也宜一致。
➢ 大型发电厂宜多台大容量、高效率的同型机组一次 设计、连续建成。
2）锅炉类型
➢ 燃烧方式： 燃烧方式必须适应燃用煤种的煤质特性及现行规定中 的煤质允许变化范围。
➢ 水循环方式： 水循环方式与蒸汽初参数有关，通常亚临界参数以下 多采用自然循环汽包锅炉，水循环安全可靠，热经济 性高；亚临界参数可采用自然循环或强制循环锅炉， 后者能适应调峰情况下承担低负荷时水循环的安全； 超临界参数只能采用直流锅炉。
➢经济性
汽轮机初参数越高，其理想焓降越大，循环热效率 越高。 但汽轮机初参数越高：
给水泵耗功也越大； 汽轮机进汽容积流量减少，高压缸相对内效率略有 降低； 排汽湿度增大，低压缸相对内效率降低； 高、中压缸轴封漏汽量增大，级间漏汽损失也增大。
A 蒸汽初参数选择原则
➢安全性
长期处于高温下工作的汽轮机转子，由于高温和启停中的 热应力，会造成持久强度的消耗（低周热疲劳）和高温蠕变 的累积。 超临界参数汽轮机初参数提高后，汽缸、喷嘴室、主汽阀、 导汽管等承压部件的壁厚增加，将使非稳定热应力增大。 超临界参数汽轮机的蒸汽密度大，蒸汽携带的能量也大。 机组甩负荷时，汽缸、管道、加热器中的蒸汽推动转子转速 的飞升要比亚临界机组的大。
3.1 热力系统及主设备选择原则
按照应用与绘制的详略程度、用途来划分，热力系 统分可为原则性热力系统和全面性热力系统。
原理性图，它主要表明 热力循环中工质能量转换 及热量利用的过程，反映 了发电厂热功转换过程中 的技术完善程度和热经济 性。
全面反映了电厂的生产过 程和设备组成，它表示机 组在额定工况下和非额定 工况下系统的状况，包括 了电厂热力部分的所有管 道及设备。
当初温度升高时，钢材的强度极限，屈服点及蠕变 极限都会降低，而且在高温下，金属会发生氧化、腐蚀、 结晶变化，使热力设备零件强度大大降低。在非常高的 温度下，即使高级合金钢或特殊合金钢也无法应用。
C 提高蒸汽初参数受到的限制
✓ 价格决定材料,材料决定温度。 ➢ 中低压机组的蒸汽初温度大多选取390～450℃，以便广泛采用
B 提高蒸汽初参数对热经济性的影响
机组的最佳初始压力：
提高蒸汽初压p0受ηi是否是提高而限制，只有使ηi增加， 提高p0才是有用的，在ηri和ηt两者相互作用下，使ηi
达到最大值的初压。 当汽轮机的容量不同时，提高蒸汽初压，对汽轮机相 对内效率影响的程度也不同。汽轮机容量越小，影响 越大。因为汽轮机的容量越小，汽轮机的间隙相对数 值较大，级间漏汽损失增大的缘故。所以汽轮机容量 愈小，其相对内效率随初压的提高而降低得愈快。
度，当初压p0提到一定的数值后，水及蒸汽的整个吸热过 程的平均温度会降低，ηt将下降。
t
wt q1
q1 q2 q1
1 q2 q1
1 T1 T0
B 提高蒸汽初参数对热经济性的影响
✓随着初压p0的增加，在极限压
力范围内，t是增加的，蒸汽的
初温越高，理想循环热效率越大，
极限压力越高。
✓在当前工程范围内，提高初压
1）锅炉参数
➢ 锅炉参数选择应该遵从汽轮机初参数及再热蒸汽参数。 同时，应该考虑到锅炉主蒸汽参数对锅炉水循环的影响。
《火力发电厂设计技术规程（DL 5000—2000）》规定，对于大容量 机组，锅炉过热器出口至汽轮机进口的压降，宜为汽轮机额定进汽 压力的5％；过热器出口额定蒸汽温度，对于亚临界及以下参数机组 宜比汽轮机额定进汽温度高3℃；对于超临界参数机组，宜比汽轮机 额定进汽温度高5℃。额定工况下，冷段再热蒸汽管道、再热器、热 段再热蒸汽管道的压力降，宜分别为汽轮机额定工况下高压缸排汽 压力的1.5％～2.0％、5％、3.5％～3.0％；再热器出口额定蒸汽温 度比汽轮机中压缸额定进汽温度宜高2℃。
作功能力法：
对锅炉部分，提高蒸汽初温
度，可提高锅炉内平均吸热温度，
在锅炉其它参数未变的情况下，
锅炉内平均换热温差减小，火用
损减小，机组经济性提高。
图3-1 不同初温的朗肯循环T—s图
wl
Tambs
Tamb
δqT T0T1
B 提高蒸汽初参数对热经济性的影响
（2）提高蒸汽初压力 热量法：
提高蒸汽初压力，对机组绝对内效率的影响也体现在ηt 和ηri上。 ✓一方面，提高p0对ηt的影响，存在一极限初始压力的限制。 在蒸汽初温度和排汽温度一定的情况下，随着p0的增加，有 一使循环热效率开始下降的压力，称为极限压力。 ✓在极限压力范围内，随着初压的升高，初焓h0虽略有减小， 但汽轮机中焓降增加了。因此，理想循环效率ηt提高。
3.1 热力系统及主设备选择原则
4 机组初、终参数及再热参数的确定 蒸汽初参数
蒸汽初参数是指新蒸汽进入汽轮机自动主汽门前的 过热蒸汽压力p0和温度t0。
汽轮机的 单机容量与其进汽参数应相互配合，高 参数必须采用大容量，低参数必须采用小容量。
汽轮机向更高参数发展的主要制约因素： 经济性 & 安全性
A 蒸汽初参数选择原则
B 提高蒸汽初参数对热经济性的影响
✓当p0提高到极限压力以后，随着p0的增加，汽轮机中的理 想焓降逐渐减少。
因为提高蒸汽的初压力时，水的汽化过程吸热量在整
个吸热过程总的吸热量中所占的比例减少，而把给水加热
到沸腾温度时的吸热量相对地增加，而水在这一段吸热过
程的总温度是低于其它阶段(汽化段、过热段)吸热过程的温
➢ 供热式汽轮机的种类、容量及台数，应根据近期热 负荷和规划热负荷的大小和特性，按照以热定电的 原则，通过比选确定，宜优先选用高参数、大容量 的供热汽轮机。
3.1 热力系统及主设备选择原则
锅炉机组
锅炉机组的选择需要确定的项目： 1）锅炉参数 锅炉主蒸汽参数的选择应该遵从汽轮机 初参数及再热蒸汽参数。 2）锅炉类型 包括燃烧方式和水循环方式的选择。 3）锅炉容量与台数 中间再热机组 宜采用单元制，宜一机配一炉。锅炉的 最大连续蒸发量宜与汽轮机调节阀全开时的进汽量相 匹配。
目前，应选用高效率的单机容量为600MW、800MW和1000MW的汽轮机。
2）汽轮机种类
➢ 按生产产品：凝气式、供热式 ➢ 汽轮机应按照电力系统负荷：基本负荷或变动负荷。
设备和系统性能应满足调峰要求，并应保证机组的寿命。
➢ 热力负荷（供热式）：供热式机组(背压式机组、抽 汽的背压式机组、抽凝汽式 机组)
500MW以后，机组单位容量造价的降低不是很明显。 ✓ 目前，在世界范围内，最大单机容量基本上在600～
1000MW 之 间 摆 动 。 只 有 美 国 投 运 了 单 机 容 量 为 1300MW的机组。
我国《火力发电厂设计技术规程（DL 5000—2000）》规定，应选 用高效率的大容量机组，但最大机组容量不宜超过系统总容量的10％。
3.1 热力系统及主设备选择原则
2）热力系统的分类 以范围划分，热力系统可分为全厂和局部热力系统。
以汽轮机 回热系统为 核心，将锅 炉、汽轮机 和其他所有 局部热力系 统有机组合 而成的。
主要热力 设备的系统
分为
各种局部 功能系统
锅炉本体 汽轮机本体
主蒸汽系统、给水系统、 主凝结水系统、回热系 统、供热系统、抽空气 系统和冷却水系统等
p0，机组的ηt是增加的。
✓提高蒸汽初压力使循环热效率 开始下降的极限压力，在工程上
初压与理想循环效率关系曲线
没有实际意义。
B 提高蒸汽初参数对热经济性的影响
✓另一方面，提高初压p0对ηri的影响为： ①在汽轮机的容量、蒸汽初温和终压力一定的情况下， 提高蒸汽的初压力，蒸汽的比容减小，进入汽轮机的蒸 汽容积流量减少，级内叶栅损失和级间漏汽损失相对增 大， ηri 降低； ②随着初压的提高，汽轮机末几级叶片中蒸汽湿度增加， 湿气损失增加，从而导致汽轮机相对内效率有所降低。 而且，蒸汽初温越低，改变蒸汽初压时，汽轮机的相对 内效率的变化也越大，因为低温蒸汽的压力变化时，蒸 汽比容的变化率较大; ③汽轮机叶片高度的变化也大些，叶高损失增加。
碳素钢材； ➢ 高压至亚临界级机组的蒸汽初温度一般选取500～565℃，这样
可以避免采用价格昂贵的奥氏体钢材，而采用低合金元素的珠 光体钢材。奥氏体钢与珠光体钢相比，奥氏体钢耐温高，奥氏 体钢可允许>600℃的高温。珠光体钢耐温较低，可以在550～ 570℃温度下使用。但奥氏体钢价高，膨胀系数大，导热系数 小，加工和焊接比较困难。另外对温度变化的适应性、抗蠕变 和抗锈蚀的能力都比较差。 ➢ 目前超超临界参数机组选用回火马氏体钢，蒸汽初温度可达 600～620℃。
B 提高蒸汽初参数对热经济性的影响
作功能力法： ✓ 当提高蒸汽的初压力时，整个吸热过程的平均温度将升
高，换热温差减少，火用损减少，经济性将提高。
✓ 但当初压p0提到一定的数值后，整个吸热过程的平均温
度会降低，火用损增加，经济性将下降。
✓ 经济与性热将量下分降析。法因一此样，，机提组高存初在压最p0，佳汽初轮始机压火力用p损0op将。增加，
课程内容
第一章 绪论 第二章 热力发电厂经济性评价方法与指标 第三章 热力发电厂原则性热力系统 第四章 热力发电厂全面性热力系统 第五章 热力发电厂优化运行与调整
第三章 热力发电厂原则性热力系统
主要内容
3.1 热力系统及主设备选择原则 3.2 机组回热原则性热力系统 3.3 热力发电厂的辅助热力系统 3.4 热力发电厂原则性热力系统拟定